CN107991595A - 一种高速高精旋转升降联动机构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种高速高精旋转升降联动机构，包括升降机构与旋转机构，所述升降机构包括升降驱动装置、丝杆、丝杆座，所述升降驱动装置驱动所述丝杆带动所述丝杆座升降；所述旋转机构包括旋转轴承、与所述丝杆座固定连接的旋转轴承座、设置于所述旋转轴承座与所述基座之间的至少一个垂直滑轨机构，所述旋转轴承连接有旋转大同步轮，所述旋转大同步轮由旋转驱动装置驱动。本发明采用升降轴在下方，旋转在上方的结构形式，充分利用了晶圆检测工艺中升降为主动作，旋转为辅动作的工艺特点；本发明还利用倒置驱动的丝杆螺母方法，轴向精度控制面取决于配对使用的轴向滑轨，易于实现大尺寸晶圆的平面度控制，有效地改善了整体系统的控制特性。

Description

一种高速高精旋转升降联动机构

技术领域

本发明涉及一种晶圆片的检测平台的联动机构，尤其涉及一种高速高精旋转升降联动机构。

背景技术

2~6寸的晶圆片是电子和半导体封装领域的典型材料，在全自动检测工艺环节，高频率微动型的旋转升降复合操作是典型的动作模式。当整个wafer平面定位精度要求达到微米级，机构和控制就变得非常困难。其原因在于，晶圆片切割完成以后，需要对芯片进行自动测试。现有的技术方案主要有两种，接触式检测与非接触检测，在需要实测综合光电特性的要求下，接触式检测是主要的检测方式。接触式检测的技术方案实现主要包括移动探针和移动台面。由于在检测过程中，需要刺破电极而又不能损伤芯片，因此探针多采取柔性方式，在高频运动下，探针定位非常困难，因此，探针固定，以托台承载晶圆片移动来实现芯片巡检是主要的方法。对于托台移动而言，XY方向的子母移动台是很成熟的方案。但是，旋转平台和升降平台的复合却有很大的难度。

关于旋转与升降的复合，之前的主流方案是旋转轴在下，升降轴在上。升降轴采取高精密楔形台配蜗轮蜗杆驱动，或者音圈驱动的方法，相对比较好布置。旋转轴采用同步带轮驱动，背负升降台面工作。这种方案看似简单，但是有很多问题。首先，音圈电机的定制与控制相对较为复杂，进行大平面晶圆片的高频精密微动升降控制需要较大的驱动。高精密楔形台面成本高，还要面对长期工作状态下的磨损维护问题。除此以外，旋转轴采用精密轴承，在高频微动定位时，轴向和径向都要承担较大的载荷，很难保持±5um微米级的精度。存在以下缺陷：机构的稳定性难以保证、吸盘的平面度难以保证、机构拆卸比较麻烦。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种高速高精旋转升降联动机构。可保证用于检测晶圆片的吸盘升降、旋转精度高、可靠性高。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高速高精旋转升降联动机构，包括升降机构与旋转机构，所述升降机构包括设置于基座的升降驱动装置、垂直设置的丝杆、丝杆座，所述升降驱动装置驱动所述丝杆带动所述丝杆座升降；所述旋转机构包括旋转轴承、与所述丝杆座固定连接的旋转轴承座、设置于所述旋转轴承座与所述基座之间的至少一个垂直滑轨机构，所述旋转轴承连接有旋转大同步轮，所述旋转大同步轮由旋转驱动装置驱动。

进一步地，所述基座于所述旋转轴承座外周位置上对称设置有至少一对管正的挡块。

更进一步地，所述丝杆座与所述基座之间设置有升降回零限位机构，所述升降回零限位机构包括固定设置于所述基座上的若干光电开关，所述丝杆座固定连接有与所述若干光电开关配合的挡光板。

更进一步地，所述若干光电开关处于同一水平面，所述挡光板上设置有若干高度不一的触发所述若干光电开关的挡光指。

更进一步地，所述旋转轴承座与所述旋转大同步轮之间设置有旋转回零限位机构，所述旋转回零限位机构包括固定设置于所述旋转轴承座外周上的若干光电开关以及设置于所述旋转大同步轮上的挡光板。

更进一步地，所述升降驱动装置包括升降大同步轮、以及驱动所述升降大同步轮的升降电机，所述升降大同步轮轴心上固定设置有螺母，所述螺母与所述丝杆螺纹配合。

更进一步地，所述旋转轴承座固定连接有一旋转电机板，所述旋转电机板上固定设置有所述旋转驱动装置。

更进一步地，旋转大同步轮上设置有一个或一个以上支撑面。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明先采用升降轴在下方，旋转在上方的结构形式，充分利用了晶圆检测工艺中升降为主动作，旋转为辅动作的工艺特点；本发明还利用倒置驱动的丝杆螺母方法，轴向精度控制面取决于配对使用的轴向滑轨，易于实现大尺寸晶圆的平面度控制，并通过成对的预压滑块来控制。以基座为基准面，通过零件加工保证滑块安装面的垂直度，配合面之间的平行度，继而保证升降轴的垂直度，以及晶圆面相对基座的平面度，以达到±5um的误差。这种方法具有较好的可调性。这种结构充分利用了零部件结构特性，使得驱动机构的配合要求大幅降低，装配和维修非常简单，使用轻量级旋转机构仅仅驱动晶圆片持架旋转，大幅减轻了驱动重量，从而有效地改善了整体系统的控制特性。

附图说明

图1是本发明的整体立体结构示意图；

图2是本发明主视结构的示意图；

图3是本发明的整体剖视结构示意图；

图4是本发明的升降驱动装置的结构示意图；

图5是本发明的升降回零限位机构的结构示意图；

图6是本发明的旋转回零限位机构的结构示意图。

图中，1 升降电机、2 升降电机座、3 升降轴承座板、4 升降机构、4-1 升降小同步轮、4-2 升降同步带、4-3 升降大同步轮、5 丝杆副、5-1 丝杆、5-2 螺母、6 丝杆座、7 旋转轴承座、8 旋转机构、8-1 旋转小同步轮、8-2 旋转同步带、8-3 旋转大同步轮、9 旋转电机板、10 旋转电机、11 吸盘结构、11-1 吸盘支块、11-2 吸盘盖板、11-3 吸盘、12 XY平台安装板、13 挡块、14 滑轨机构、14-1直线导轨、14-2 滑块、14-3 滑块座、15 升降回零限位机构、15-1 L型升降开关支架、15-2 L型升降开关调节架、15-3 光电开关、15-4 Z型升降挡光板、16 旋转回零限位机构、16-1 光电开关支架、16-2 光电开关、16-3 旋转光电挡板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参照图1所示的结构示意图。

本发明实施例的一种高速高精旋转升降联动机构，基座、升降机构4与旋转机构8。

基座包括升降轴承座板3、XY平台安装板12。

再结合图3所示，升降机构4包括升降电机1、升降电机座2、升降轴承座板3、丝杆副5、丝杆座6。

再结合图2所示，旋转机构8旋转轴承座7、、旋转电机板9、旋转电机10、吸盘机构11

其中电机座2的一端固定于升降轴承座板3，电机座2的另一端设有升降电机1，升降机构4的一端部与升降电机1的输出轴1-1相配合，如图4所示，升降机构4的另一端部与丝杆副5的螺母通过螺钉固定，丝杆副5的一端部通过滚动轴承与升降轴承座3连接，丝杆副5的另一端部通过垫圈和单孔螺母与丝杆座6固定，丝杆座6与旋转轴承座7通过螺钉固定，旋转轴承座7的一端与旋转电机板9通过螺钉固定，旋转轴承座7的另一端通过轴承与旋转同步带传动8连接，旋转同步带传动8的一端部与吸盘机构11固定，旋转同步带传动8的另一端部与旋转电机10的输出轴10-1相配合。

升降机构4还包括有升降小同步轮4-1、升降同步带4-2、升降大同步轮4-3，升降小同步轮4-1与升降大同步轮4-3通过升降同步带4-2连接，升降小同步轮4-1的中心轴孔4-11与升降电机1输出轴1-1相配合，升降大同步轮4-3与丝杆副5通过螺钉固定。

具体的，丝杆副5包括丝杆5-1和丝杆螺母5-2，，丝杆螺母5-2与升降大同步轮4-3的中心孔4-31间隙配合并通过螺钉固定，丝杆螺母5-2与丝杆5-1通过螺纹相配合，丝杆5-1的一端通过滚动轴承与升降轴承座板3连接，丝杆5-1的另一端部通过螺钉与丝杆座6固定。

旋转机构8还包括有旋转小同步轮8-1、旋转同步带8-2、旋转大同步轮8-3，旋转小同步轮8-1与旋转大同步轮8-3通过旋转同步带8-2连接，旋转小同步轮8-1的中心轴孔8-11与旋转电机10输出轴10-1相配合，旋转大同步轮8-3设置有轴段8-31，旋转大同步轮8-3的轴8-31与旋转轴承座7通过轴承固定。

具体的，旋转电机板9一侧为旋转电机10，旋转电机板9另一侧为旋转小同步轮8-1，旋转电机板的另一端与旋转轴承座7通过螺钉固定。

其中，吸盘结构11包括吸盘支块11-1、吸盘盖板11-2、吸盘11-3，吸盘支块11-1的一端与旋转大同步轮8-3通过内六角圆柱头螺钉固定，吸盘支块11-1的另一端与吸盘盖板11-2通过内六角圆柱头螺钉固定，吸盘盖板11-2与吸盘11-3通过螺钉固定。

本发明实施的吸盘结构11的数量可以根据实际承重而设定，以一个或多个，本发明在此不为限。

具体的，设置有XY平台安装板12，升降轴承座板3固定于XY平台安装板12上。

具体的，在本实施例中，设置有两个挡块13，分别设置于旋转轴承座7的对称位置，挡块13一端与升降轴承座板3通过螺钉固定在一起，挡块13的另一端与旋转轴承座7相切，使得旋转轴承座7以严格的垂直方向升降，挡块13为截面形状为Z型的挡块。

通过设置挡块13，来提高机构的稳定性。旋转轴承座7通过挡块13固定，使其不发生晃动，保证主轴在上升时不产生晃动，确保吸盘11-3的平面度。

具体的，设置有两个滑轨机构14，分别设置于旋转轴承座7的对称位置，包括直线导轨14-1、滑块14-2和滑块座14-3，滑块座14-3一端与升降轴承座板3通过螺钉固定，滑块座14-3的另一端与滑块14通过螺钉固定，直线导轨14-1的一端与滑块14-2滑动连接，直线导轨14-1的另一端与旋转轴承座7固定，滑块座14-3为截面形状为L型的滑块座。

通过设置滑轨机构14，可以使旋转轴承座7升降过程按照既定的轨迹运动，保持其垂直运动。

具体的，如图5所示，升降回零限位机构15，包括L型升降开关支架15-1、L型升降开关调节架15-2、若干光电开关15-3、Z型升降挡光板15-4，L型升降开关支架15-1的一端与升降轴承座板3通过螺钉固定，L型升降开关支架15-1的另一端与L型升降开关调节架15-2通过螺钉固定，L型升降开关调节架15-2的另一端与光电开关15-3通过螺钉固定， Z型升降挡光板15-4与丝杆座6通过螺钉固定。

更优的是，本实施例优选为三个光电开关，且处于同一水平面，而Z型升降挡光板上设置有若干高度不一的触发光电开关的挡光指。

具体的，如图6所示，旋转回零限位机构16，包括光电开关支架16-1、若干光电开关16-2、旋转光电挡板16-3，光电开关支架16-1的一端与旋转轴承座7通过螺钉固定，光电开关支架16-1的另一端与光电开关16-2通过螺钉固定，旋转光电挡板16-3与旋转大同步轮8-3通过螺钉固定。

本发明工作原理为：升降电机1驱动升降小同步轮4-1旋转，小同步轮4-1带动大同步轮4-3旋转，螺母5-2的轴穿过升降大同步轮4-3的中心孔，且螺母5-2与升降大同步轮4-3固定在一起做旋转运动，因为丝杆5-1与螺母5-2为螺纹配合，因此丝杆5-1做垂直方向的升降动作，又旋转大同步轮8-3与丝杆5-1通过丝杆座6、旋转轴承座7和轴承相连接，因此旋转大同步轮8随着丝杆5-1做垂直方向的升降动作，同时旋转电机10驱动旋转小同步轮8-1旋转，进而使旋转大同步轮8-3做旋转动作，因此旋转大同步轮8-3同时做升降旋转运动，又吸盘结构11固定在旋转大同步轮8-3上，所以吸盘11-3在工作时为升降-旋转联动控制。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，包括升降机构与旋转机构，所述升降机构包括设置于基座的升降驱动装置、垂直设置的丝杆、丝杆座，所述升降驱动装置驱动所述丝杆带动所述丝杆座升降；所述旋转机构包括旋转轴承、与所述丝杆座固定连接的旋转轴承座、设置于所述旋转轴承座与所述基座之间的至少一个垂直的滑轨机构，所述旋转轴承连接有旋转大同步轮，所述旋转大同步轮由旋转驱动装置驱动。

2.根据权利要求1所述的高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，所述基座于所述旋转轴承座外周位置上对称设置有至少一对管正的挡块。

3.根据权利要求2所述的高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，所述丝杆座与所述基座之间设置有升降回零限位机构，所述升降回零限位机构包括固定设置于所述基座上的若干光电开关，所述丝杆座固定连接有与所述若干光电开关配合的挡光板。

4.根据权利要求3所述的高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，所述若干光电开关处于同一水平面，所述挡光板上设置有若干高度不一的触发所述若干光电开关的挡光指。

5.根据权利要求2所述的高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，所述旋转轴承座与所述旋转大同步轮之间设置有旋转回零限位机构，所述旋转回零限位机构包括固定设置于所述旋转轴承座外周上的若干光电开关以及设置于所述旋转大同步轮上的挡光板。

6.根据权利要求3~4任一项所述的高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，所述升降驱动装置包括升降大同步轮、以及驱动所述升降大同步轮的升降电机，所述升降大同步轮轴心上固定设置有螺母，所述螺母与所述丝杆螺纹配合。

7.根据权利要求6所述的高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，所述旋转轴承座固定连接有一旋转电机板，所述旋转电机板上固定设置有所述旋转驱动装置。

8.根据权利要求7所述的高速高精旋转升降联动机构，其特征在于，所述旋转大同步轮上设置有一个或一个以上支撑面。